Per què es descarreguen les bateries d’ions de liti, com es mesura l’autodescàrrega?

La reacció d’auto-descàrrega de labateria d’ió de litiés inevitable. La seva existència no només condueix a la reducció de la capacitat pròpia de la bateria GG, sinó que també afecta seriosament la vida del muntatge i del cicle de la bateria' La taxa d’auto-descàrrega de les bateries d’ions de liti és generalment del 2% al 5% al ​​mes, cosa que pot satisfer plenament els requisits d’ús de les cèl·lules simples.

Tanmateix, un cop reunida la bateria de liti única en un mòdul, les característiques de cada bateria de liti no són completament consistents, de manera que després de cada càrrega i descàrrega, el voltatge terminal de cada bateria de liti no pot assolir una consistència completa, cosa que farà que si es sobrecarregui. o en el mòdul apareixen cèl·lules sobreeixides, el rendiment de la bateria de liti cel·lular es deteriorarà. A mesura que augmenta el nombre de càrrega i descàrrega, el grau de deteriorament s'aguditzarà encara més i la vida del cicle es reduirà molt en comparació amb les cèl·lules simples que no es munten. Per tant, és urgent la producció de bateries en profunditat sobre la taxa d’auto-descàrrega de les bateries d’ions de liti.

1

Factors que afecten l’autocàrrega

El fenomen d’auto-descàrrega de la bateria fa referència al fenomen de pèrdua espontània de la capacitat de la bateria quan es deixa en un circuit obert, i també s’anomena capacitat de retenció de càrrega. L’auto-descàrrega es pot dividir generalment en dos tipus: auto-descàrrega reversible i auto-descàrrega irreversible. La capacitat de pèrdua es pot compensar de manera reversible per auto-descàrrega reversible, el principi és similar a la reacció normal de descàrrega de la bateria. L’autocàrrega que no es pot compensar per la pèrdua de capacitat és autocàrrega irreversible. El motiu principal és que s’ha produït una reacció irreversible a la bateria, incloent la reacció de l’elèctrode positiu i l’electròlit, la reacció de l’elèctrode negatiu i l’electròlit, la reacció causada per les impureses de l’electròlit i el temps de fabricació. Reaccions irreversibles provocades per microcircuits causats per impureses portades. Els factors influents de l’autocàrrega són els següents.

1 material catòdic

La influència del material dels elèctrodes positius és principalment que el metall de transició i les impureses del material elèctrode positiu es precipiten a l’elèctrode negatiu per provocar un curtcircuit intern, augmentant així l’auto-descàrrega de la bateria de liti. Yah-Mei Teng et al. va estudiar les propietats físiques i electroquímiques de dos materials càtodes LiFePO4. L’estudi va descobrir que les bateries amb un alt contingut en impuresa de ferro a les matèries primeres i durant la càrrega i descàrrega tenen una elevada taxa d’auto-descàrrega i una estabilitat deficient. El motiu és que el ferro es redueix gradualment i precipita a l’elèctrode negatiu, perfora el separador i provoca un curtcircuit a la bateria, amb la qual cosa es produeix una major descàrrega.

2 Material anòdic

La influència del material elèctric negatiu sobre l’autocàrrega es deu principalment a la reacció irreversible entre el material elèctrode negatiu i l’electròlit. Ja el 2003, Aurbach et al. va proposar que l'electròlit es reduís per alliberar gas, exposant la superfície del grafit a l'electròlit. En el procés de càrrega i descàrrega, quan s’insereixen i s’extreuen ions de liti, l’estructura de la capa de grafit es malmet fàcilment, resultant en una gran taxa d’auto-descàrrega.

3 Electrolit

La influència de l'electròlit inclou principalment: corrosió de la superfície de l'elèctrode negatiu per l'electròlit o impureses; dissolució del material de l'elèctrode a l'electròlit; l’elèctrode està recobert d’un sòlid insoluble o gas descompost per l’electròlit per formar una capa de passivació. Actualment, un gran nombre d’investigadors es dediquen al desenvolupament de nous additius per suprimir la influència de l’electròlit en l’autocàrrega. Jun Liu et al. van afegir additius com ara VEC a l'electròlit de la bateria NCM111 i van trobar que el rendiment del cicle de temperatura elevada de la bateria' millorava i que la taxa d'auto-descàrrega disminueix en general. El motiu és que aquests additius poden millorar la pel·lícula SEI, protegint així l’elèctrode negatiu de la bateria.

4 Estat d’emmagatzematge

Els condicionants generals de l’estat d’emmagatzematge són la temperatura d’emmagatzematge i la SOC de la bateria. En general, com més alta sigui la temperatura i més alta la SOC, més gran es descarregarà la bateria. Takashi et al. va realitzar experiments de càries de la capacitat amb bateries de fosfat de ferro de liti en condicions estàtiques. Els resultats mostren que a mesura que augmenta la temperatura, la velocitat de retenció de capacitat disminueix gradualment amb el temps de conservació i augmenta la taxa d’auto-descàrrega de la bateria.

Liu Yunjian i altres van utilitzar una bateria comercial de manganat de liti comercial i van trobar que a mesura que augmentava l'estat de càrrega de la bateria&# 39, el potencial relatiu de l'elèctrode positiu es feia més gran i la seva oxidabilitat es feia més forta i forta; el potencial relatiu de l'elèctrode negatiu es feia més baix i baix, la seva reducibilitat és cada cop més forta i ambdues poden accelerar la precipitació de Mn, donant lloc a un augment de la velocitat d'autocàrrega.

5 Altres factors

Hi ha molts factors que afecten la velocitat d’auto-descàrrega de la bateria. A més dels introduïts anteriorment, hi ha principalment els aspectes següents: durant el procés de producció, les rebaixes generades quan es tallen les peces de pols i les impureses introduïdes a la bateria per problemes de l’entorn de producció, com la pols, la pols metàl·lica encesa. els pals, etc., poden provocar un curtcircuit de la bateria en el microinterior; el medi extern és humit, el circuit extern no està totalment aïllat i el recinte de la bateria té un aïllament deficient. Hi ha un circuit electrònic extern durant l’emmagatzematge, que condueix a l’autocàrrega; Durant l’emmagatzematge a llarg termini, l’enllaç entre el material actiu del material d’elèctrode i el col·lector de corrent falla, donant lloc a l’abocament i pelat del material actiu, cosa que comporta una disminució de la capacitat i un augment de l’autocàrrega. Cadascun dels factors anteriors o una combinació de múltiples factors poden causar el comportament d’auto-descàrrega de la bateria de liti, cosa que fa difícil trobar la causa de l’auto-descàrrega i estimar el rendiment d’emmagatzematge de la pila.

2

Mètode de mesura de la taxa d’autocàrrega

Es pot saber de l'anàlisi anterior que la taxa d'auto-descàrrega de les bateries de liti és generalment baixa. La taxa d’auto-descàrrega en si és afectada per factors com la temperatura, el nombre de cicles d’ús i la SOC. Per tant, és molt difícil i es requereix temps per mesurar amb precisió l’auto-descàrrega de la bateria.

1 Mètode tradicional de mesura de la velocitat d’auto-descàrrega

Actualment, els mètodes tradicionals de detecció d’auto-descàrrega són els següents:

1.1 Mètode de mesura directa

Primer, carregueu la bateria sota prova fins a un determinat estat de càrrega i manteniu-la oberta durant un període de temps, després descarregueu-la per determinar la pèrdua de capacitat de la bateria. Taxa d’autocàrrega:

A la fórmula: C és la capacitat nominal de la bateria; C1 és la capacitat de descàrrega. Després de deixar el circuit obert, es pot obtenir la capacitat restant de la bateria descarregant-la. En aquest moment, la bateria es recarrega i descarrega diverses vegades per determinar tota la capacitat de la bateria. Aquest mètode pot determinar la pèrdua de capacitat irreversible i la pèrdua de capacitat reversible de la bateria.

1.2 Mètode de mesura de la velocitat d'attenció de la tensió en circuit obert

La tensió del circuit obert està directament relacionada amb l'estat de càrrega SOC de la bateria' Només necessita mesurar la velocitat de canvi de la bateria' s OCV durant un període de temps, a saber:

El mètode és senzill d’utilitzar i només cal registrar la tensió de la bateria en qualsevol període de temps i, a continuació, es pot obtenir l’estat de càrrega de la bateria d’acord amb la relació corresponent entre la tensió i la bateria SOC. . Mitjançant el càlcul de la pendent de descomposició de la tensió i la capacitat de descomposició corresponent al temps de la unitat, es pot obtenir la velocitat d’auto-descàrrega de la bateria.

1.3 Mètode de manteniment de la capacitat

Mesureu la tensió de circuit obert de la bateria&# 39 o la quantitat de potència requerida pel SOC per obtenir la velocitat d’auto-descàrrega de la bateria' És a dir, es manté el corrent de càrrega quan es mesura la tensió del circuit obert de la bateria i es pot considerar que la velocitat d’auto-descàrrega de la bateria és el corrent de càrrega mesurat.

2 Mètode de mesura ràpida del tipus d'autocàrrega

Com que el mètode de mesura tradicional triga molt i la precisió de mesurament és insuficient, la velocitat d’auto-descàrrega només s’utilitza com a mètode per a la detecció de la bateria en el procés de detecció de la bateria en la majoria dels casos. L’aparició d’un gran nombre de nous i convenients nous mètodes de mesura permet estalviar molt temps i esforç per a la mesura de l’autodescàrrega de la bateria.

2.1 Tecnologia de control digital

La tecnologia de control digital és un nou mètode de mesurament d’auto-descàrrega derivat del mètode tradicional de mesurament d’auto-descàrrega utilitzant un microordenador d’un sol xip, etc. Aquest mètode presenta els avantatges d’un temps de mesurament curt, d’una gran precisió i d’un equipament senzill.

2.2 Mètode de circuit equivalent

El mètode de circuit equivalent és un mètode de nova auto-descàrrega. Aquest mètode simula la bateria com un circuit equivalent, que pot mesurar de forma ràpida i eficaç la velocitat d’auto-descàrrega de la bateria d’ions de liti.

3

Significació de la mesura de la taxa d’autocàrrega

Com a índex de rendiment important de les bateries d’ions de liti, la taxa d’auto-descàrrega té una influència important en la selecció i l’agrupació de bateries. Per tant, té una importància cabdal mesurar la velocitat d’auto-descàrrega de les bateries de liti.

1 Prediu la cel·la del problema

Al mateix lot de piles, els materials i els controls de fabricació són bàsicament els mateixos. Quan la descàrrega blanca de bateries individuals és òbviament massa gran, és probable que sigui un curtcircuit de motius seriosos a causa de les impureses i les borres que pateixen el separador. Perquè l'efecte del microcircuit en la bateria és lent i irreversible. Per tant, a curt termini, el rendiment d’aquestes bateries no serà gaire diferent del de les bateries normals, però a mesura que la reacció irreversible interna s’aprofundeix gradualment després de l’emmagatzematge a llarg termini, el rendiment de la bateria serà molt inferior al rendiment de fàbrica i altres. rendiment normal de la bateria. Per tant, per tal d’assegurar la qualitat de les bateries de fàbrica, s’han d’eliminar les bateries amb gran auto-descàrrega.

2 Agrupa les bateries

Les bateries de liti necessiten una major consistència, incloent capacitat, voltatge, resistència interna i velocitat de descàrrega blanca. L’impacte de la velocitat d’auto-descàrrega de la bateria' a la bateria és principalment el següent: un cop muntat el mòdul, a causa de les diferents taxes d’auto-descàrrega de les bateries de liti individuals, la tensió baixarà a diversos graus durant el procés de prestatgeries o en bicicleta, i la càrrega en sèrie Sota el corrent, el corrent tornarà a ser igual, de manera que després de cada càrrega, al mòdul de bateries de liti pot haver-hi cèl·lules solars sobrecarregades o no sobrecarregades. A mesura que augmenta el nombre de càrrega i descàrrega, el rendiment de la bateria es deteriorarà gradualment i la vida del cicle En comparació amb les cèl·lules individuals no muntades, ha baixat significativament. Per tant, el muntatge de bateries requereix un mesurament i un cribratge precisos de la velocitat d’auto-descàrrega de les bateries d’ions de liti.

3 Correcció de l'estimació SOC de la bateria

L’estat de càrrega també s’anomena capacitat restant, que representa la proporció de la capacitat restant després d’haver estat utilitzada la bateria durant un període de temps o de llarg termini en desús i la seva capacitat completament carregada, generalment expressada en percentatge. La taxa d’auto-descàrrega té un valor de referència important per a l’estimació SOC de les bateries d’ions de liti. La correcció del valor inicial de SOC mitjançant corrent d’autocàrrega pot millorar la precisió de l’estimació SOC. D'una banda, per al client, es pot calcular el temps útil o la distància de conducció del producte en funció de la potència restant; d’altra banda, la precisió de la predicció SOC de BMS es pot millorar eficaçment per evitar la sobrecàrrega de la bateria. Sobre descàrrega, allargant així la vida de la bateria.